Merge branch 'for-linus' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/dtor/input
[linux-2.6-microblaze.git] / include / linux / bpf_verifier.h
1 /* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only */
2 /* Copyright (c) 2011-2014 PLUMgrid, http://plumgrid.com
3  */
4 #ifndef _LINUX_BPF_VERIFIER_H
5 #define _LINUX_BPF_VERIFIER_H 1
6
7 #include <linux/bpf.h> /* for enum bpf_reg_type */
8 #include <linux/filter.h> /* for MAX_BPF_STACK */
9 #include <linux/tnum.h>
10
11 /* Maximum variable offset umax_value permitted when resolving memory accesses.
12  * In practice this is far bigger than any realistic pointer offset; this limit
13  * ensures that umax_value + (int)off + (int)size cannot overflow a u64.
14  */
15 #define BPF_MAX_VAR_OFF (1 << 29)
16 /* Maximum variable size permitted for ARG_CONST_SIZE[_OR_ZERO].  This ensures
17  * that converting umax_value to int cannot overflow.
18  */
19 #define BPF_MAX_VAR_SIZ (1 << 29)
20
21 /* Liveness marks, used for registers and spilled-regs (in stack slots).
22  * Read marks propagate upwards until they find a write mark; they record that
23  * "one of this state's descendants read this reg" (and therefore the reg is
24  * relevant for states_equal() checks).
25  * Write marks collect downwards and do not propagate; they record that "the
26  * straight-line code that reached this state (from its parent) wrote this reg"
27  * (and therefore that reads propagated from this state or its descendants
28  * should not propagate to its parent).
29  * A state with a write mark can receive read marks; it just won't propagate
30  * them to its parent, since the write mark is a property, not of the state,
31  * but of the link between it and its parent.  See mark_reg_read() and
32  * mark_stack_slot_read() in kernel/bpf/verifier.c.
33  */
34 enum bpf_reg_liveness {
35         REG_LIVE_NONE = 0, /* reg hasn't been read or written this branch */
36         REG_LIVE_READ32 = 0x1, /* reg was read, so we're sensitive to initial value */
37         REG_LIVE_READ64 = 0x2, /* likewise, but full 64-bit content matters */
38         REG_LIVE_READ = REG_LIVE_READ32 | REG_LIVE_READ64,
39         REG_LIVE_WRITTEN = 0x4, /* reg was written first, screening off later reads */
40         REG_LIVE_DONE = 0x8, /* liveness won't be updating this register anymore */
41 };
42
43 struct bpf_reg_state {
44         /* Ordering of fields matters.  See states_equal() */
45         enum bpf_reg_type type;
46         union {
47                 /* valid when type == PTR_TO_PACKET */
48                 u16 range;
49
50                 /* valid when type == CONST_PTR_TO_MAP | PTR_TO_MAP_VALUE |
51                  *   PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL
52                  */
53                 struct bpf_map *map_ptr;
54
55                 u32 btf_id; /* for PTR_TO_BTF_ID */
56
57                 u32 mem_size; /* for PTR_TO_MEM | PTR_TO_MEM_OR_NULL */
58
59                 /* Max size from any of the above. */
60                 unsigned long raw;
61         };
62         /* Fixed part of pointer offset, pointer types only */
63         s32 off;
64         /* For PTR_TO_PACKET, used to find other pointers with the same variable
65          * offset, so they can share range knowledge.
66          * For PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL this is used to share which map value we
67          * came from, when one is tested for != NULL.
68          * For PTR_TO_MEM_OR_NULL this is used to identify memory allocation
69          * for the purpose of tracking that it's freed.
70          * For PTR_TO_SOCKET this is used to share which pointers retain the
71          * same reference to the socket, to determine proper reference freeing.
72          */
73         u32 id;
74         /* PTR_TO_SOCKET and PTR_TO_TCP_SOCK could be a ptr returned
75          * from a pointer-cast helper, bpf_sk_fullsock() and
76          * bpf_tcp_sock().
77          *
78          * Consider the following where "sk" is a reference counted
79          * pointer returned from "sk = bpf_sk_lookup_tcp();":
80          *
81          * 1: sk = bpf_sk_lookup_tcp();
82          * 2: if (!sk) { return 0; }
83          * 3: fullsock = bpf_sk_fullsock(sk);
84          * 4: if (!fullsock) { bpf_sk_release(sk); return 0; }
85          * 5: tp = bpf_tcp_sock(fullsock);
86          * 6: if (!tp) { bpf_sk_release(sk); return 0; }
87          * 7: bpf_sk_release(sk);
88          * 8: snd_cwnd = tp->snd_cwnd;  // verifier will complain
89          *
90          * After bpf_sk_release(sk) at line 7, both "fullsock" ptr and
91          * "tp" ptr should be invalidated also.  In order to do that,
92          * the reg holding "fullsock" and "sk" need to remember
93          * the original refcounted ptr id (i.e. sk_reg->id) in ref_obj_id
94          * such that the verifier can reset all regs which have
95          * ref_obj_id matching the sk_reg->id.
96          *
97          * sk_reg->ref_obj_id is set to sk_reg->id at line 1.
98          * sk_reg->id will stay as NULL-marking purpose only.
99          * After NULL-marking is done, sk_reg->id can be reset to 0.
100          *
101          * After "fullsock = bpf_sk_fullsock(sk);" at line 3,
102          * fullsock_reg->ref_obj_id is set to sk_reg->ref_obj_id.
103          *
104          * After "tp = bpf_tcp_sock(fullsock);" at line 5,
105          * tp_reg->ref_obj_id is set to fullsock_reg->ref_obj_id
106          * which is the same as sk_reg->ref_obj_id.
107          *
108          * From the verifier perspective, if sk, fullsock and tp
109          * are not NULL, they are the same ptr with different
110          * reg->type.  In particular, bpf_sk_release(tp) is also
111          * allowed and has the same effect as bpf_sk_release(sk).
112          */
113         u32 ref_obj_id;
114         /* For scalar types (SCALAR_VALUE), this represents our knowledge of
115          * the actual value.
116          * For pointer types, this represents the variable part of the offset
117          * from the pointed-to object, and is shared with all bpf_reg_states
118          * with the same id as us.
119          */
120         struct tnum var_off;
121         /* Used to determine if any memory access using this register will
122          * result in a bad access.
123          * These refer to the same value as var_off, not necessarily the actual
124          * contents of the register.
125          */
126         s64 smin_value; /* minimum possible (s64)value */
127         s64 smax_value; /* maximum possible (s64)value */
128         u64 umin_value; /* minimum possible (u64)value */
129         u64 umax_value; /* maximum possible (u64)value */
130         s32 s32_min_value; /* minimum possible (s32)value */
131         s32 s32_max_value; /* maximum possible (s32)value */
132         u32 u32_min_value; /* minimum possible (u32)value */
133         u32 u32_max_value; /* maximum possible (u32)value */
134         /* parentage chain for liveness checking */
135         struct bpf_reg_state *parent;
136         /* Inside the callee two registers can be both PTR_TO_STACK like
137          * R1=fp-8 and R2=fp-8, but one of them points to this function stack
138          * while another to the caller's stack. To differentiate them 'frameno'
139          * is used which is an index in bpf_verifier_state->frame[] array
140          * pointing to bpf_func_state.
141          */
142         u32 frameno;
143         /* Tracks subreg definition. The stored value is the insn_idx of the
144          * writing insn. This is safe because subreg_def is used before any insn
145          * patching which only happens after main verification finished.
146          */
147         s32 subreg_def;
148         enum bpf_reg_liveness live;
149         /* if (!precise && SCALAR_VALUE) min/max/tnum don't affect safety */
150         bool precise;
151 };
152
153 enum bpf_stack_slot_type {
154         STACK_INVALID,    /* nothing was stored in this stack slot */
155         STACK_SPILL,      /* register spilled into stack */
156         STACK_MISC,       /* BPF program wrote some data into this slot */
157         STACK_ZERO,       /* BPF program wrote constant zero */
158 };
159
160 #define BPF_REG_SIZE 8  /* size of eBPF register in bytes */
161
162 struct bpf_stack_state {
163         struct bpf_reg_state spilled_ptr;
164         u8 slot_type[BPF_REG_SIZE];
165 };
166
167 struct bpf_reference_state {
168         /* Track each reference created with a unique id, even if the same
169          * instruction creates the reference multiple times (eg, via CALL).
170          */
171         int id;
172         /* Instruction where the allocation of this reference occurred. This
173          * is used purely to inform the user of a reference leak.
174          */
175         int insn_idx;
176 };
177
178 /* state of the program:
179  * type of all registers and stack info
180  */
181 struct bpf_func_state {
182         struct bpf_reg_state regs[MAX_BPF_REG];
183         /* index of call instruction that called into this func */
184         int callsite;
185         /* stack frame number of this function state from pov of
186          * enclosing bpf_verifier_state.
187          * 0 = main function, 1 = first callee.
188          */
189         u32 frameno;
190         /* subprog number == index within subprog_stack_depth
191          * zero == main subprog
192          */
193         u32 subprogno;
194
195         /* The following fields should be last. See copy_func_state() */
196         int acquired_refs;
197         struct bpf_reference_state *refs;
198         int allocated_stack;
199         struct bpf_stack_state *stack;
200 };
201
202 struct bpf_idx_pair {
203         u32 prev_idx;
204         u32 idx;
205 };
206
207 #define MAX_CALL_FRAMES 8
208 struct bpf_verifier_state {
209         /* call stack tracking */
210         struct bpf_func_state *frame[MAX_CALL_FRAMES];
211         struct bpf_verifier_state *parent;
212         /*
213          * 'branches' field is the number of branches left to explore:
214          * 0 - all possible paths from this state reached bpf_exit or
215          * were safely pruned
216          * 1 - at least one path is being explored.
217          * This state hasn't reached bpf_exit
218          * 2 - at least two paths are being explored.
219          * This state is an immediate parent of two children.
220          * One is fallthrough branch with branches==1 and another
221          * state is pushed into stack (to be explored later) also with
222          * branches==1. The parent of this state has branches==1.
223          * The verifier state tree connected via 'parent' pointer looks like:
224          * 1
225          * 1
226          * 2 -> 1 (first 'if' pushed into stack)
227          * 1
228          * 2 -> 1 (second 'if' pushed into stack)
229          * 1
230          * 1
231          * 1 bpf_exit.
232          *
233          * Once do_check() reaches bpf_exit, it calls update_branch_counts()
234          * and the verifier state tree will look:
235          * 1
236          * 1
237          * 2 -> 1 (first 'if' pushed into stack)
238          * 1
239          * 1 -> 1 (second 'if' pushed into stack)
240          * 0
241          * 0
242          * 0 bpf_exit.
243          * After pop_stack() the do_check() will resume at second 'if'.
244          *
245          * If is_state_visited() sees a state with branches > 0 it means
246          * there is a loop. If such state is exactly equal to the current state
247          * it's an infinite loop. Note states_equal() checks for states
248          * equvalency, so two states being 'states_equal' does not mean
249          * infinite loop. The exact comparison is provided by
250          * states_maybe_looping() function. It's a stronger pre-check and
251          * much faster than states_equal().
252          *
253          * This algorithm may not find all possible infinite loops or
254          * loop iteration count may be too high.
255          * In such cases BPF_COMPLEXITY_LIMIT_INSNS limit kicks in.
256          */
257         u32 branches;
258         u32 insn_idx;
259         u32 curframe;
260         u32 active_spin_lock;
261         bool speculative;
262
263         /* first and last insn idx of this verifier state */
264         u32 first_insn_idx;
265         u32 last_insn_idx;
266         /* jmp history recorded from first to last.
267          * backtracking is using it to go from last to first.
268          * For most states jmp_history_cnt is [0-3].
269          * For loops can go up to ~40.
270          */
271         struct bpf_idx_pair *jmp_history;
272         u32 jmp_history_cnt;
273 };
274
275 #define bpf_get_spilled_reg(slot, frame)                                \
276         (((slot < frame->allocated_stack / BPF_REG_SIZE) &&             \
277           (frame->stack[slot].slot_type[0] == STACK_SPILL))             \
278          ? &frame->stack[slot].spilled_ptr : NULL)
279
280 /* Iterate over 'frame', setting 'reg' to either NULL or a spilled register. */
281 #define bpf_for_each_spilled_reg(iter, frame, reg)                      \
282         for (iter = 0, reg = bpf_get_spilled_reg(iter, frame);          \
283              iter < frame->allocated_stack / BPF_REG_SIZE;              \
284              iter++, reg = bpf_get_spilled_reg(iter, frame))
285
286 /* linked list of verifier states used to prune search */
287 struct bpf_verifier_state_list {
288         struct bpf_verifier_state state;
289         struct bpf_verifier_state_list *next;
290         int miss_cnt, hit_cnt;
291 };
292
293 /* Possible states for alu_state member. */
294 #define BPF_ALU_SANITIZE_SRC            1U
295 #define BPF_ALU_SANITIZE_DST            2U
296 #define BPF_ALU_NEG_VALUE               (1U << 2)
297 #define BPF_ALU_NON_POINTER             (1U << 3)
298 #define BPF_ALU_SANITIZE                (BPF_ALU_SANITIZE_SRC | \
299                                          BPF_ALU_SANITIZE_DST)
300
301 struct bpf_insn_aux_data {
302         union {
303                 enum bpf_reg_type ptr_type;     /* pointer type for load/store insns */
304                 unsigned long map_ptr_state;    /* pointer/poison value for maps */
305                 s32 call_imm;                   /* saved imm field of call insn */
306                 u32 alu_limit;                  /* limit for add/sub register with pointer */
307                 struct {
308                         u32 map_index;          /* index into used_maps[] */
309                         u32 map_off;            /* offset from value base address */
310                 };
311         };
312         u64 map_key_state; /* constant (32 bit) key tracking for maps */
313         int ctx_field_size; /* the ctx field size for load insn, maybe 0 */
314         int sanitize_stack_off; /* stack slot to be cleared */
315         u32 seen; /* this insn was processed by the verifier at env->pass_cnt */
316         bool zext_dst; /* this insn zero extends dst reg */
317         u8 alu_state; /* used in combination with alu_limit */
318
319         /* below fields are initialized once */
320         unsigned int orig_idx; /* original instruction index */
321         bool prune_point;
322 };
323
324 #define MAX_USED_MAPS 64 /* max number of maps accessed by one eBPF program */
325
326 #define BPF_VERIFIER_TMP_LOG_SIZE       1024
327
328 struct bpf_verifier_log {
329         u32 level;
330         char kbuf[BPF_VERIFIER_TMP_LOG_SIZE];
331         char __user *ubuf;
332         u32 len_used;
333         u32 len_total;
334 };
335
336 static inline bool bpf_verifier_log_full(const struct bpf_verifier_log *log)
337 {
338         return log->len_used >= log->len_total - 1;
339 }
340
341 #define BPF_LOG_LEVEL1  1
342 #define BPF_LOG_LEVEL2  2
343 #define BPF_LOG_STATS   4
344 #define BPF_LOG_LEVEL   (BPF_LOG_LEVEL1 | BPF_LOG_LEVEL2)
345 #define BPF_LOG_MASK    (BPF_LOG_LEVEL | BPF_LOG_STATS)
346 #define BPF_LOG_KERNEL  (BPF_LOG_MASK + 1) /* kernel internal flag */
347
348 static inline bool bpf_verifier_log_needed(const struct bpf_verifier_log *log)
349 {
350         return (log->level && log->ubuf && !bpf_verifier_log_full(log)) ||
351                 log->level == BPF_LOG_KERNEL;
352 }
353
354 #define BPF_MAX_SUBPROGS 256
355
356 struct bpf_subprog_info {
357         /* 'start' has to be the first field otherwise find_subprog() won't work */
358         u32 start; /* insn idx of function entry point */
359         u32 linfo_idx; /* The idx to the main_prog->aux->linfo */
360         u16 stack_depth; /* max. stack depth used by this function */
361 };
362
363 /* single container for all structs
364  * one verifier_env per bpf_check() call
365  */
366 struct bpf_verifier_env {
367         u32 insn_idx;
368         u32 prev_insn_idx;
369         struct bpf_prog *prog;          /* eBPF program being verified */
370         const struct bpf_verifier_ops *ops;
371         struct bpf_verifier_stack_elem *head; /* stack of verifier states to be processed */
372         int stack_size;                 /* number of states to be processed */
373         bool strict_alignment;          /* perform strict pointer alignment checks */
374         bool test_state_freq;           /* test verifier with different pruning frequency */
375         struct bpf_verifier_state *cur_state; /* current verifier state */
376         struct bpf_verifier_state_list **explored_states; /* search pruning optimization */
377         struct bpf_verifier_state_list *free_list;
378         struct bpf_map *used_maps[MAX_USED_MAPS]; /* array of map's used by eBPF program */
379         u32 used_map_cnt;               /* number of used maps */
380         u32 id_gen;                     /* used to generate unique reg IDs */
381         bool allow_ptr_leaks;
382         bool bpf_capable;
383         bool bypass_spec_v1;
384         bool bypass_spec_v4;
385         bool seen_direct_write;
386         struct bpf_insn_aux_data *insn_aux_data; /* array of per-insn state */
387         const struct bpf_line_info *prev_linfo;
388         struct bpf_verifier_log log;
389         struct bpf_subprog_info subprog_info[BPF_MAX_SUBPROGS + 1];
390         struct {
391                 int *insn_state;
392                 int *insn_stack;
393                 int cur_stack;
394         } cfg;
395         u32 pass_cnt; /* number of times do_check() was called */
396         u32 subprog_cnt;
397         /* number of instructions analyzed by the verifier */
398         u32 prev_insn_processed, insn_processed;
399         /* number of jmps, calls, exits analyzed so far */
400         u32 prev_jmps_processed, jmps_processed;
401         /* total verification time */
402         u64 verification_time;
403         /* maximum number of verifier states kept in 'branching' instructions */
404         u32 max_states_per_insn;
405         /* total number of allocated verifier states */
406         u32 total_states;
407         /* some states are freed during program analysis.
408          * this is peak number of states. this number dominates kernel
409          * memory consumption during verification
410          */
411         u32 peak_states;
412         /* longest register parentage chain walked for liveness marking */
413         u32 longest_mark_read_walk;
414 };
415
416 __printf(2, 0) void bpf_verifier_vlog(struct bpf_verifier_log *log,
417                                       const char *fmt, va_list args);
418 __printf(2, 3) void bpf_verifier_log_write(struct bpf_verifier_env *env,
419                                            const char *fmt, ...);
420 __printf(2, 3) void bpf_log(struct bpf_verifier_log *log,
421                             const char *fmt, ...);
422
423 static inline struct bpf_func_state *cur_func(struct bpf_verifier_env *env)
424 {
425         struct bpf_verifier_state *cur = env->cur_state;
426
427         return cur->frame[cur->curframe];
428 }
429
430 static inline struct bpf_reg_state *cur_regs(struct bpf_verifier_env *env)
431 {
432         return cur_func(env)->regs;
433 }
434
435 int bpf_prog_offload_verifier_prep(struct bpf_prog *prog);
436 int bpf_prog_offload_verify_insn(struct bpf_verifier_env *env,
437                                  int insn_idx, int prev_insn_idx);
438 int bpf_prog_offload_finalize(struct bpf_verifier_env *env);
439 void
440 bpf_prog_offload_replace_insn(struct bpf_verifier_env *env, u32 off,
441                               struct bpf_insn *insn);
442 void
443 bpf_prog_offload_remove_insns(struct bpf_verifier_env *env, u32 off, u32 cnt);
444
445 int check_ctx_reg(struct bpf_verifier_env *env,
446                   const struct bpf_reg_state *reg, int regno);
447
448 #endif /* _LINUX_BPF_VERIFIER_H */